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KAIST, 고민감도·고신뢰성 무선 수소 가스센서 개발

팔라듐 나노와이어 이용…청정에너지 안전관리 기술 활용 기대

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2022-06-28 13:00 송고
팔라듐 나노구조 기반 수소 센서(KAIST 제공)© 뉴스1

KAIST 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 정확한 고민감도 수소 가스 감지 센서를 개발했다.

팔라듐 금속을 3차원 나노구조로 설계해 개발한 이 기술은, 향후 청정에너지 시대 안전관리를 위한 기술로 활용이 기대된다.

28일 KAIST에 따르면 수소가스는 에너지 효율성이 높고 연소 시 물을 생성하는 친환경적인 이점으로 차세대 에너지원으로 주목받고 있다.

하지만, 무색·무취의 수소가스는 4% 이상의 농도에서 낮은 발화에너지로 폭발하는 위험성이 크기 때문에 주의 깊은 사용과 관리가 필요하다.

다양한 방식의 수소가스 감지 기술 중, 팔라듐(Pd) 금속 소재 기반의 기술은 상온에서도 수소가스를 선택적으로 감지할 수 있고, 반응 시 부산물이 없어 습도 안정성도 매우 우수하다는 장점이 있다.

하지만, 팔라듐은 상온에서 2% 이상의 수소가스에 노출되게 되면, 상 변이가 일어나면서 센서로서의 농도 범위가 제한되는 등 다양한 문제가 발생한다.

이에 연구팀은 나노미터 두께로 얇고 납작한 3차원 나노구조를 팔라듐에 도입했다.

그 결과, 4%까지의 수소가스를 정확하게 측정할 수 있는 무선 팔라듐 수소가스 감지 기술을 세계 최초로 개발했다.

실제, 연구진은 15nm 두께와 160nm 폭으로 팔라듐 나노구조를 설계·제작했다.

이를 기반으로 제작된 센서 소자는 0.1~4%의 수소가스를 98.9%의 선형성으로 감지하는 성능을 성공적으로 보였다.

특히, 연구팀은 개발한 소자에 △BLE(Bluetooth low energy) 기술 △3D 프린팅 기술 △안드로이드 앱 개발을 통해 무선으로 수소가스를 감지하는 센서 시스템 기술도 선보였다.

이 기술은 센서와 20m 떨어진 상황에서도 스마트폰이나 PC로 수소가스 누출을 안정적으로 감지할 수 있다.

한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘ACS 나노’ 온라인판에 최근 게재됐다.


km5030@news1.kr

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